Rasterkraftmikroskopie
Versuch im Rahmen des Fortgeschrittenenpraktikums
Sommersemester 2023
von Leonhard Steiner und Lukas Ritzer
,Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 3
2 Theoretische Hintergründe 4
2.1 Versuchsaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2 Funktionsweise der Komponenten und Messverfahren . . . . . 5
2.2.1 Der Cantilever . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2.2 Verbiegung des Cantilevers, der Detektionsmechanismus 6
2.2.3 Grobannäherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.2.4 Rastermechanismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.3 Betriebsmodi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.3.1 Statischer Modus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.3.2 Dynamischer Modus mit Amplitudenmessung . . . . . 8
2.3.3 Dynamischer Modus mit Frequenzmessung . . . . . . . 9
2.4 Vorherrschende Kräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.4.1 Van der Waals-Wechselwirkung . . . . . . . . . . . . . 10
2.4.2 Magnetische und elektrostatische Wechselwirkung . . . 11
2.4.3 Chemische Bindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.4.4 Repulsive Kräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.4.5 Lennard-Jones-Potential . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.4.6 Kontaktkräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
, 2.5 Der gedämpfte, harmonische Oszillator . . . . . . . . . . . . . 14
2.6 Datenspeicherung auf CDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3 Versuchsdurchführung 17
3.0.1 Charakterisierung des Cantilevers . . . . . . . . . . . . 17
3.0.2 Überprüfung der Kalibrierung des Geräts in x, y, z . . . 18
3.0.3 Spektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.0.4 Bestimmen des Spur-Abstands und der Kapazität der
CD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4 Fazit 27
Versuch im Rahmen des Fortgeschrittenenpraktikums
Sommersemester 2023
von Leonhard Steiner und Lukas Ritzer
,Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 3
2 Theoretische Hintergründe 4
2.1 Versuchsaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2 Funktionsweise der Komponenten und Messverfahren . . . . . 5
2.2.1 Der Cantilever . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2.2 Verbiegung des Cantilevers, der Detektionsmechanismus 6
2.2.3 Grobannäherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.2.4 Rastermechanismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.3 Betriebsmodi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.3.1 Statischer Modus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.3.2 Dynamischer Modus mit Amplitudenmessung . . . . . 8
2.3.3 Dynamischer Modus mit Frequenzmessung . . . . . . . 9
2.4 Vorherrschende Kräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.4.1 Van der Waals-Wechselwirkung . . . . . . . . . . . . . 10
2.4.2 Magnetische und elektrostatische Wechselwirkung . . . 11
2.4.3 Chemische Bindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.4.4 Repulsive Kräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.4.5 Lennard-Jones-Potential . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.4.6 Kontaktkräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
, 2.5 Der gedämpfte, harmonische Oszillator . . . . . . . . . . . . . 14
2.6 Datenspeicherung auf CDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3 Versuchsdurchführung 17
3.0.1 Charakterisierung des Cantilevers . . . . . . . . . . . . 17
3.0.2 Überprüfung der Kalibrierung des Geräts in x, y, z . . . 18
3.0.3 Spektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.0.4 Bestimmen des Spur-Abstands und der Kapazität der
CD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4 Fazit 27
